Emulsionen auf a sis Silylgruppen tragender
HydroxylVerbindungen
Die Erfindung betrifft Silylgruppen tragende Hydroxylverbindungen enthaltende Emulsionen, deren Herstellung und Verwendung.
Als Silylgruppen tragende Hydroxylverbindungen, die im Sinne dieser Erfindung Verwendung finden, werden alle Reaktionprodukte verstanden, die durch Alkoxylierung von epoxyfunktionellen Silanen an Doppelmetallcyanid- Katalysatoren gemäß dem in der noch nicht vorveröffentlich t e n S ch r i f t DE 10 2008 000360.3 beschriebenen Verfahren hergestellt werden können; insbesondere können diese Verbindungen auch Siloxangruppen tragen. Diese Produkte werden im Weiteren als Silylpolyether der Formel 1 bezeichnet. Eine Silylgruppe im Rahmen dieser Erfindung ist durch unterschiedliche oder gleiche organische oder oxyorganische Reste gekennzeichnet
Formel 1 - siehe auch Figur 1
Präpolymersysteme, die über - endständige - reaktive Alkoxysilylgruppen verfügen, beispielsweise Alkoxysilan- terminierte, feuchtigkeitshärtende Einkomponenten- Polyurethane, werden vielfach zur Herstellung von
Beschichtungen sowie elastischen Dicht- und Klebstoffen im Industrie- und Baubereich und in der Automobilindustrie verwendet. Kommerziell verfügbare Beispiele von solchen Präpolymeren sind die MS Polymere der Firma Kaneka, oder die Geniosile der Firma Wacker. So sind alkoxysilanfunktionelle Polyurethane, die über eine S ilanpolykondensat ion vernetzen, lange bekannt. Ein Übersichtsartikel zu dieser Thematik findet sich z.B. in "Adhesives Age" 4/1995, Seite 30 ff. (Autoren: Ta-Min Feng, B. A. Waldmann) .
Solche endständig alkoxysilanfunktionalisierten Polyurethane können gemäß US 3,627,722 oder US 3,632,557 hergestellt werden, indem z.B. Polyetherpolyole mit einem Überschuss Polyisocyanat zu einem NCO-haltigen Präpolymer umgesetzt werden, das dann wiederum mit einem aminofunktionellen Alkoxysilan weiter umgesetzt wird. Das entstehende alkoxysilanfunktionelle Präpolymer enthält Harnstoff- und Urethangruppen in hoher Konzentration, die zu einer hohen Viskosität der Produkte führen. Neben Polyethern kann das organische Rückgrat beispielsweise aus Polyurethanen, Polyestern, Polyacrylaten, Polyvinylestern, Ethylen-Olefincopolymeren, Styrol- Butadiencopolymeren oder Polyolefinen bestehen. Beschrieben werden derartige Präpolymere u.a. in EP 0 372 561, WO 00/37533 oder US 6,207,766. Daneben sind aber auch Systeme weit verbreitet, deren Rückgrat ganz oder zumindest zum Teil aus Organosiloxanen besteht, beschrieben u.a. in WO 96/34030. Nachteilig an all den beschriebenen Präpolymeren ist die geringe Funkt ionalisierungsdichte der nur in α, ω-Position mit Silylgruppen terminierten Präpolymeren.
Dieser Nachteil kann überwunden werden durch den Einsatz von, in der noch nicht o f f e n g e 1 e gten Schrift
DE 10 2008 000360.3 beschriebenen, neuen Silylgruppen
tragenden Hydroxylverbindungen oder auch Alkoxysilylgruppen tragenden Polyetheralkoholen, die durch Alkoxylierung epoxidfunktioneller Alkoxysilane an Doppelmetallcyanid (DMC) -Katalysatoren zugänglich sind. Die in der noch nicht o f f e n g e 1 e g t e n Schrift DE 10 2008 044373.5 beschriebene Alkoxysilylgruppen tragende Polye ther s i loxanen können ebenfalls durch Doppelmetallcyanidkatalyse hergestellt werden. Die beiden Schriften werden hiermit vollumfänglich als Teil und Gegenstand dieser Offenbarung eingeführt. Diese neuen Polyether (siloxan) s t rukturen , die sowohl Alkoxysilan- funktionen innerhalb der Sequenz der Oxyalkyleneinheiten der Polyetherkette als auch neue Multialkoxysilanfunktionen in ihren Termini aufweisen können, erlauben es, die Ankergruppendichte in dem angestrebten Präpolymer nach Belieben, d.h. angepasst auf die jeweilige anwendungs t e chn i s che Fragestellung einzustellen. Zudem weisen sie noch freie Hydroxylgruppen auf, die zur weitergehenden Funktionalisierung zur Verfügung stehen.
Insofern die Präpolymere wasserunlöslich sind können zur Erniedrigung der Viskosität der Präpolymeren flüchtige organische Lösungsmittel eingesetzt werden. Solche Lösungsmittel werden oft mit dem Kürzel VOC (Volatile Organic (Compounds) bezeichnet. Bei einer Vielzahl von organischen Lösungsmitteln konnte eine gesundheitsschädliche Wirkung festgestellt werden oder aber wird zumindest vermutet. Infolgedessen wurden eine Reihe von Gesetze und Regulierungen zum Schutz von Umwelt und Gesundheit erlassen mit dem Ziel, die VOC-Emissionen zu reduzieren. Die europäische VOC-Richtlinie von 1999 zum Beispiel schreibt gesetzliche Anforderungen zur Minderung von VOC-Emissionen vor (Richtlinie 1999/13/EG beziehungsweise 2004/42/EG) . Als Alternative zu den organischen Lösungsmitteln bietet es sich an, die wasserunlösliche Präpolymere in der Form
einer wässrigen Emulsion zu verwenden. Die Verwendung von Wasser ist umw e 1 t t e ch n i s c h unbedenklich. Aus anwendungstechnischer Sicht ist der Verwendung von Wasser die Verwendung von organischen Lösemitteln sogar vorzuziehen, weil die Entfernung, eventuelle Korrekturen oder Nachbesserungen beim Auftragen des Materials vor dem Aushärten mit Wasser beziehungsweise einer wässrigen Tensidlösung gemacht werden können. Allerdings kommt den beschriebenen Präpolymeren die Eigenschaft einer strukturbedingten Hydrolyselabilität zu. Es fällt daher nicht einfach, die Präpolymere in Form einer wässrigen Emulsion einzusetzen. Zur Emulgierung werden die Substanzen unter Verwendung sogenannter Emulgatoren und Einsatz von Scherkräften in Wasser emulgiert. Die Viskosität beziehungsweise das rheologische Profil einer derartigen Emulsion wird in erster Linie durch die Rheologie der kontinuierlichen, wässrigen Phase bestimmt. Je nach Anwendungsbereich kann das rheologische Profil mit Hilfe von Additiven variiert werden, von einer sehr niedrigviskosen Emulsion bis hin zu einer hochviskosen Paste .
Generell kommen als Emulgatoren sowohl amphiphile Moleküle als auch Partikel in Betracht. Durch Partikel stabiliserte Emulsionen werden auch als "Pickering'- Emulsionen bezeichnet (S. U. Pickering: „Emulsions", J. Chem. Soc. 1907, Vol. 91, pp . 2001-2021). Durch Anlagerung an die Grenzfläche Wasser-Präpolymer verhindern solche Emulgatoren die Koaleszenz der Emulsionstropfen und damit das Brechen der Emulsion. Wenn die Präpolymere selber amphiphilen Charakter haben, kann es sein, dass sich die Zugabe von zusätzlichen Emulgatoren erübrigt. In diesem Fall spricht der Fachmann von einem selbst-emulgierenden System. Die erfinderische Aufgabe ist es daher, stabile und hydrolysebeständige Emulsionen von in den Schriften DE 10 2008 000360.3 und DE 10 2008 044373.5
beschriebenen, silylgruppenhaltigen Präpolymeren in Wasser herzustellen.
Emulsionen von silylierten Präpolymeren sind Gegenstand einer Vielzahl von Schriften. In der Schrift DE 2558653 beschreibt Chang Emulsionen aus selbstemulgierenden, Silylgruppen tragende Polyurethane und deren Anwendung für die Beschichtung von Oberflächen. Die Polyurethane werden hergestellt durch Reaktion von einem Polyol mit einem Überschuss an Polyisocyanat . In einem zweiten Schritt wird das überschüssige Isocyanat teilweise mit einem reaktionsfähigen Silan umgesetzt. Eine stabile Emulsion wird erhalten, wenn dieses Polymerisat unter Scherung in Wasser eingearbeitet wird. In der Schrift US 4,376,149 beschreibt Martin emulgierte Gemische aus silylierten Polyethern und OH-Siloxanen sowie deren Einsatz bei der Beschichtung von Textilien. Shimizu und Yoshida beschreiben in der Schrift JP 1318066 wässrige Emulsionen aus silylierten Polyethern, die zusätzlich kolloidale Kieselsäure enthalten können. Die silylierten Polyether werden hergestellt durch die Verknüpfung von einem Polypropylenglykoldiglycidylether mit einem Trialkoxysilylglycidylether durch ein cyclisches oder aromatisches Diamin. Klauck, Maier und Berthauer beschreiben in der Schrift DE 4215648 lagerstabile Kontaktklebstoffe auf Basis von Lösungen, beziehungsweise Emulsionen von kationisch modifizierten, alkoxysilanterminierten Polyurethanen. In der Schrift DE 19955825 beschreiben Majolo, Klauck, Klein, Ernst, Schilling und Loth Emulsionen von silylfunktionalisierten Polymeren mit einem Massenanteil Polymer von mindestens 60%. Ebenfalls beschrieben sind Emulsionen von Gemischen aus mindestens zwei verschiedenen Polymeren, eines mit und eines ohne Silylgruppen. Es wird beansprucht, dass die beschriebenen Emulsionen silylfunktionalisierte Polymere im Vergleich zu nicht-emulgierten Polymeren eine verbesserte Lagerstabilität aufweisen. Altes et al .
beschreiben in den Schriften US 6,713,558 und US 6,831,128 wasserverdünnbare Emulsionen silylierter Elastomere und deren Herstellung. Die Emulsionen haben einen Massenanteil an Elastomer von mindestens 75% bei einer Tropfengröße von kleiner als 5 μm. Hattemer, Unger, Ferencz, Bachon, Bathelt und Schmidt beschreiben in der Schrift WO 2006/122684 Emulsionen aus α-silylterminierten Präpolymeren, deren Herstellung und Anwendung. Wu, You und Huang beschreiben in der Schrift WO 2007/072189 Emulsionen aus Silylgruppen tragenden Präpolymeren. Die Emulsionen werden stabilisiert durch die Zugabe von Nanosilica. Die Zugabe von konventionellen Emulgatoren ist optional und soll in manchen Fällen eine zusätzliche Verbesserung der Emulsionsstabilität bewirken. In der Schrift WO 2008/090458 beschreiben Wu, You und Huang Emulsionen aus Silylgruppen tragenden Präpolymeren. Die Emulsionen werden stabilisiert durch die Zugabe von monomeren Silanen. Die Zugabe von sowohl Nanosilica als auch von konventionellen Emulgatoren ist wiederum optional, und soll in manchen Fällen zu einer zusätzlichen Verbesserung der Emulsionsstabilität führen. Die Auswahl von geeigneten Emulgatoren, beziehungsweise die Herstellung von stabilen, für die jeweilige Anwendung geeigneten Emulsionen ist keineswegs trivial und stellt auch für den Fachmann eine große Herausforderung da. Insbesondere die Hydrolyselabilität der silylgruppenhaltigen Präpolymeren lässt an der Voraussagbarkeit von stabilen Emulsionsystemen Zweifel aufkommen . Trotz der vermuteten und strukturell bedingten Hydrolyseempfindlichkeit der in den Schriften DE 10 2008 000360.3 und DE 10 2008 044373.5 beschriebenen Präpolymere wurde jetzt überraschenderweise gefunden dass die Präpolymere in stabile Emulsionen überführt werden können.
Gegenstand der Erfindung sind daher stabile,
hydrolysebeständige wässrige Emulsionen auf Basis von entweder Silylgruppen tragenden Hydroxylverbindungen, wie in der Schrift DE 10 2008 000360.3 beschrieben und/oder silylfunktionalisierten Polyethersiloxanen, auch alkoxysilylfunktionelle Siliconpolyether oder alkoxysiIyIfunktioneile Polyether-Siloxan-Copolymere genannt, wie in der Schrift DE 10 2008 044373.5 beschrieben . Ein Gegenstand der Erfindung sind daher stabile, hydrolysebeständige wässrige Emulsionen enthaltend silylfunktionalisierte Polyether mit mindestens einer nicht-terminalen Silylfunktion, bevorzugt mehr als einer nicht-terminalen und besonders bevorzugt mehr als einer nicht-terminalen sowie gleichzeitig mindestens einer terminalen Silylfunktion im Molekül. Insbesondere enthalten sie mehr als eine (1) Alkoxysilyfunktion pro gegenüber Epoxidgruppen reaktives Kettenende. Eine Emulsion wird als stabil bezeichnet wenn die Emulsion bevorzugt nach einem Monat Lagerung bei Raumtemperatur, mindestens aber nach einer Woche Lagerung bei Raumtemperatur keine mit dem Auge sichtbaren Anzeichen des Brechens zeigt. Das Brechen einer Emulsion ist hier definiert als die Separation in eine makroskopische Öl- beziehungsweise Wasserphase. Eine Emulsion wird als hydrolysestabil bezeichnet wenn nach einem Monat Lagerung bei Raumtemperatur, mindestens aber nach einer Woche Lagerung bei Raumtemperatur der Gehalt an freiem Alkohol in der Emulsion einer Spaltung von maximal 10 Gew.-% der emulgierten Alkoxygruppen entspricht.
Der optimale Massenanteil Wasser beziehungsweise Polyether (siloxan) ist abhängig von der Anwendung. Es bleibt dem Fachmann überlassen, für einen bestimmten Anwendungsbereich den optimalen Massenanteil Polyether (siloxan) zu finden. Dem Fachmann ist es allerdings geläufig, dass der bevorzugte Anteil an Wasser
in solchen Emulsionen zwischen 10 Gew.-% bis 97 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 20 Gew.-% und 90 Gew.-% und insbesondere größer als 30 Gew.-% liegt.
Die silylfunktionalisierten Polyether, wie in der Schrift DE 10 2008 000360.3 beschrieben, bestehen aus mit Alkoxysilylgruppen substituierten Ketten, die durch die Wahl der Fragmente d bis j der Formel (1), entsprechend der durch die Reaktion unter Ringöffnung der Reaktionskomponenten in die Polymerkette eingefügten Fragmente, gezielt hochfunktionalisiert sind und damit für verschiedenartige Anwendungsgebiete maßgeschneidert werden können
(1) - siehe auch Figur 1 wobei a eine ganze Zahl von 1 bis 3, vorzugsweise 3 ist, b eine ganze Zahl von 0 bis 2, vorzugsweise 0 bis 1, besonders bevorzugt 0 ist, die Summe von a und b gleich 3 ist, c eine ganze Zahl von 0 bis 22, bevorzugt von 0 bis 6, besonders bevorzugt gleich 1 oder 3 ist, d eine ganze Zahl von 1 bis 1.000, bevorzugt größer 1 bis 100, besonders bevorzugt größer 1 bis 20 und insbesondere größer 1 bis 10 ist, oder größer 10 bis
100 ist,
e eine ganze Zahl von 0 bis 10.000, bevorzugt 0 bis 1000, besonders bevorzugt 0 bis 300 und insbesondere 0 bis 100 ist, f eine ganze Zahl von 0 bis 1.000, bevorzugt 0 bis 100, besonders bevorzugt 0 bis 50 und insbesondere 0 bis
30 ist, g eine ganze Zahl von 0 bis 1.000, bevorzugt 0 bis 200, besonders bevorzugt 0 bis 100 und insbesondere 0 bis 70 ist, h, i und j ganze Zahlen von 0 bis 500, bevorzugt 0 bis 300, besonders bevorzugt 0 bis 200 und insbesondere 0 bis 100 ist, und mit der Maßgabe, dass die Fragmente mit den In- dices d bis j untereinander frei permutierbar, d.h. in der Sequenz innerhalb der Polyetherkette gegeneinander austauschbar sind, n eine ganze Zahl zwischen 2 und 8 ist und R einen oder mehrere gleiche oder verschiedene Reste, ausgewählt aus linearen oder verzweigten, ge- sättigten, einfach oder mehrfach ungesättigten Alkyl- resten mit 1 bis 20, insbesondere 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder Halogenalkylgruppen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen darstellt. Bevorzugt entspricht R Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, n-Butyl- und sek. -Butylgruppen, und insbesondere Ethyl- oder Methylgruppen, mit
R1 gleich einem gesättigten oder ungesättigten, gegebenenfalls verzweigten Rest, der vorzugsweise über ein Sauerstoffatom angebunden ist, oder stellt einen P o 1 y e t h e r r e s t vom Typ einer Alkoxy-, Arylalkoxy- oder Alkylarylalkoxygruppe dar, bei der die Kohlenstoffkette durch S a u e rstoffatome unterbrochen sein kann, oder R1 eine ggf. einfach oder mehrfach annelierte aromatische Aryloxy-Gruppe, oder eine siliciumhaltige Verbindung, insbesondere ein Siloxanrest oder PoIy (siloxan) rest ist, der
alkyl- und/oder arylgruppen- und/oder polyethersubstituiert sein kann,
R2 oder R3, sowie R5 oder R6 gleich oder auch unabhängig voneinander H oder ein gesättigter oder gegebenen- falls einfach oder mehrfach ungesättigter, auch weiter substituierter, gegebenenfalls ein- oder mehrwertiger Kohlenwasserstoffrest, wobei für die Reste R5 oder R6 gilt, dass sie gleich einem einwertigen Kohlenwassers toffrest sind. Der Kohlenwasserstoffrest kann cycloaliphatisch über das Fragment Y verbrückt sein; Y kann nicht vorhanden sein, oder aber eine Methylenbrücke mit 1 oder 2 Methyleneinheiten sein, ist Y nicht vorhanden, so sind R2 oder R3 unabhängig voneinander gleich ein linearer oder verzweigter Rest mit 1 bis 20, bevorzugt 1 bis 10 Koh 1 enstoffatomen, besonders bevorzugt ein Methyl-, Ethyl-, Propyl- oder Butyl-, Vinyl-, Allylrest oder Phenylrest. Vorzugsweise ist zumindest einer der beiden Reste R2 oder R3 Wasserstoff. R2-R3 kann eine -CH2CH2CH2CH2-GrUpPe, Y damit eine - (CH2CH2-) -Gruppe sein. Die Kohlenwasserstoffreste R2 und R3 können ihrerseits weiter substituiert sein und funktionelle Gruppen wie Halogene, Hydroxylgruppen oder Glycidyl- oxypropylgruppen tragen,
R4 entspricht einem linearen oder verzweigten Alkylrest von 1 bis 24 Kohlenstoffatomen oder einem aromatischen oder cycloaliphatischen Rest, der gegebenenfalls seinerseits Alkylgruppen tragen kann. R7 und R8 sind unabhängig voneinander entweder Wasserstoff, Alkyl-, Alkoxy-, Aryl- oder Aralkylgruppen, die unter Ringöffnungspolymerisation zu vernetzbaren, Alkoxysilangruppen enthaltenden Polyetherestern copolymerisiert werden, R9, R10, R11 und R12 sind unabhängig voneinander entweder Wasserstoff, Alkyl-, Alkenyl-, Alkoxy-, Aryl- oder
Aralkylgruppen . Der Kohlenwasserstoffrest kann cycloaliphatisch oder aromatisch über das Fragment Z verbrückt sein, wobei Z sowohl einen divalenten Alkylen- als auch Alkenylenrest darstellen kann.
Die verschiedenen Monomereinheiten sowohl der Fragmente mit den Indexzahlen d bis j als auch der eventuell vorhandenen Polyoxyalkylenkette des Substituenten R1 können untereinander blockweise aufgebaut sein oder aber auch einer statistischen Verteilung unterliegen. Die in den hier angeführten Formeln wiedergegebenen Indexzahlen und die Wertbereiche der angegebenen Indizes verstehen sich daher als die Mittelwerte der möglichen statistischen Verteilung der tatsächlichen vorhandenen Strukturen und/oder deren Mischungen. Dies gilt auch für als solche an sich exakt wiedergegebene Strukturformeln, wie beispielsweise für Formel (1).
Wie 29Si-NMR- und GPC-Untersuchungen ergeben, bedingt das verfahrensbedingte Vorhandensein von kettenendständigen OH-Gruppen die Möglichkeit zu Umesterungsreaktionen am Siliziumatom sowohl während der DMC-katalysierten Herstellung als auch z.B. in einem nachgeschalteten P r o z e s s s ehr i 11. Dabei wird formal der über ein Sauerstoffatom an das Silizium gebundene Alkylrest R gegen einen langkettigen modifizierten Alkoxysilylpolymerrest ausgetauscht. Bimodale wie auch multimodale GPC Kurven belegen, dass die Alkoxylierungsprodukte neben den nicht umgeesterten Spezies, wie sie in Formel (1) wiedergegeben sind, solche mit der doppelten, zum Teil dreifachen oder gar vielfachen Molmasse enthalten. Formel (1) gibt mithin die komplexe chemische Realität nur vereinfacht wieder.
Somit enthalten die Zusammensetzungen auch Verbindungen, in denen die Summe der Indices (a) plus (b) in Formel (1)
im statistischen Mittel kleiner als 3 ist, da ein Teil der OR-Gruppen durch Silylpolyethergruppen ersetzt werden kann. Die Zusammensetzungen enthalten somit Spezies, die am Siliziumatom unter Abspaltung von R-OH und Kondensationsreaktion mit der reaktiven OH-Gruppe eines weiteren Moleküls der Formel (1) ausgebildet werden. Diese Reaktion kann mehrfach ablaufen bis z.B. alle RO- Gruppen am Silizium gegen weitere Moleküle der Formel (1) ausgetauscht sind. Das Vorhandensein von mehr als einem Signal in typischen 29Si-NMR-Spektren dieser Verbindungen untermauert das Auftreten von Silylgruppen mit unterschiedlichem Substitutionsmuster. Die angegebenen Werte und Vorzugsbereiche für die Indizes a bis j sind somit auch nur als Mittelwerte über die verschiedenen, einzeln nicht fassbaren Spezies zu verstehen.
Wie dem Fachmann bekannt, geschieht die Vernetzung oder Härtung von Alkoxysilylgruppen in einem zweistufigen chemischen Prozess, bei dem in einem ersten Schritt in Gegenwart von Wasser, wobei auch Luftfeuchtigkeit ausreichen kann, die am Silizium gebundenen Alkoxygruppen als korrespondierende Alkohole abgespalten und SiOH- Gruppen ausgebildet werden. Letztere kondensieren im Falle der Selbstkondensation anschließend unter Ausbildung von Si-O-Si-Brücken miteinander und bilden polymere Werkstoffe. Alternativ reagieren die SiOH- funktionellen Intermediate mit reaktive Gruppen aufweisenden Substraten, z.B. besonders gut mit OH- Funktionen tragenden oxidischen und/oder silikatischen Oberflächen (beispielsweise Mullit, Aluminiumoxid oder auch Magnesiumoxid), und führen zu einer exzellenten chemischen Verankerung auf dem jeweiligen Untergrund. Die Härtungsgeschwindigkeit lässt sich auf vielfältige Weise durch Zusatz von Katalysatoren oder Temperaturvariation beeinflussen.
Bevorzugt ist die Verwendung härtbarer Silylpolyether 1 mit mehr als 1 Al koxys i IyI funkt ion , ganz besonders bevorzugt solche mit im Mittelwert mehr als einer derartigen Silylgruppe pro terminaler Hydroxylgruppe in Emulsionszusammensetzungen.
Die bevorzugt eingesetzten Polyethersiloxane der DE 10 2008 044373.5 tragen mindestens eine Alkoxysilylgruppe in der Copolymerstruktur . Die erfindungsgemäß verwendbaren alkoxysilylmodifi zierten Polyether der Formel (1) können durch die Alkoxylierung von s i 1 y1 gruppenmodi f i z ie r t en Epoxiden und einem Startalkohol unterschiedlichster Provenienz gewonnen werden .
Die Herstellung und die einsetzbaren Epoxid-Strukturtypen sind ausführlich in der nicht vorveröffentlichten europäischen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer EP 09152883.6 beschrieben. Der Inhalt der Beschreibung und der Ansprüche der EP 09152883.6 und der entsprechenden korrespondierenden nicht vorverö f f ent l i chten Pri ori tät sanme ldung DE 10 2008 00360.3 ist hiermit vollumfänglich als Bestandteil diese Offenbarung anzusehen.
Die Silylpolyether 1 gewähren die synthetische Freiheit, zwischen Alkoxysilylgruppen aufweisenden P o 1 y o x y a 1 k y 1 e n ve r b i n du n ge n zu wählen, die die hydrolysierend vernetzbaren Alkoxysilylfunktionen sowohl terminal, als auch isoliert, blockartig kumuliert als aber auch statistisch eingestreut in die Polyoxyalkylen- kette enthalten. Derartige Silylpolyether 1 der Formel (1), zeichnen sich dadurch aus, dass sie hinsichtlich Strukturaufbau und Molmasse gezielt und reproduzierbar hergestellt werden können. Die Sequenz der Monomereinheiten kann in weiten Grenzen variabel ge-
staltet werden. Epoxidmonomere können beliebig blockartig aneinander gereiht oder statistisch in die Polymerkette eingebaut sein. Die durch die Reaktion unter Ringöffnung der Reaktionskomponenten in die entstehende Polymerkette eingefügten Fragmente sind in ihrer Sequenz untereinander frei permutierbar, mit der Einschränkung, dass cyclische Anhydride sowie Kohlendioxid statistisch insertiert, also nicht in homologen Blöcken, in der Pol yetherstruktur vorliegen .
Werden als Silylpolyether 1 solche eingesetzt, die am Siliziumatom mehr als 1 der hochfunktionalisierten Polyalkylenetherfragmente gebunden enthalten, so liegen hochfunktionalisierte Verbindungen vor, bei denen Polyetherketten, die jeweils von einem Startalkohol der Formel R1-!! (2) abgeleitet sind und die in ihrer Abfolge die frei permutierbaren Fragmente enthalten, die durch die Reaktion unter Ringöffnung der Reaktionskomponenten in die entstehende Polymerkette eingefügt wurden, über - CH2-O- (CH2) c-Si- (CH2) C-O-CH2-Brücken miteinander verknüpft sind. Es handelt sich um hochkomplexe, hochfunktionalisierte Strukturen. Auch hier lassen sich die Funktionalitäten gezielt auf ein gewünschtes Anwendungsgebiet einstellen. Der Verzweigungsgrad und die Komplexität der erhaltenen Polymerstrukturen steigen mit zunehmender Epoxyfunktionalität der Silylmonomere . Die Kettenlänge der als Startverbindung einsetzbaren Alkoxy-, Arylalkoxy- oder Alkylarylalkoxygruppen aufweisenden Po- lyetherreste ist beliebig. Vorzugsweise enthält die PoIy- ether-, Alkoxy-, Arylalkoxy- oder Alkyarylalkoxygruppe 1 bis 1.500 Kohlenstoffatome, besonders bevorzugt 2 bis 300 Kohlens toffatome, insbesondere 2 bis 100 Kohlenstoffatome .
Die Gruppe R1 entstammt entweder einem Startalkohol R1-H (2) , der bei der DMC-katalysierten Alkoxylierung
eingesetzt wird, beispielhaft für Verbindungen der Formel
(2) seien Allylalkohol, Butanol, Octanol, Dodecanol,
Stearylalkohol, 2-Ethylhexanol, Cyclohexanol,
Benzylalkohol, Ethylenglykol, Propylenglykol, Di-, Tri- und Po lye thylengl ykol , 1 , 2-Propylenglykol, Di- und
Polypropylenglykol, 1, 4-Butandiol, 1, 6-Hexandiol,
Trimethylolpropan, Glycerin, Pentaerythrit, Sorbit,
Cellulosezucker, Lignin oder auch weitere auf
Naturstoffen basierende, Hydroxylgruppen tragende Verbindungen, genannt. Soll allerdings eine Siloxangruppierung als R1 in den Silylpolyether eingeführt werden, so werden beispielsweise α,ω- Di hydr ox ypo 1 y s i 1 o xane , Wa s s e r s t o f f s i 1 o xane oder hydroxylfunktionelle Polyethersiloxane als Ausgangsverbindungen verwendet.
Dabei können die Fragmente, die durch die Reaktion unter Ringöffnung in die entstehende Polymerkette eingefügt wurden, im Rahmen der vorhergehenden Definitionen blockartig oder statistisch verteilt, nicht nur in der Kette einer Polyether-Struktureinheit vorkommen, sondern auch statistisch verteilt über die Vielzahl der gebildeten und über -CH2-O- (CH2) C-Si- (CH2) C-O-CH2-Brücken miteinander verbundenen Polyetherstruktureinheiten, vorkommen. Die Mannigfaltigkeit der Strukturvariationen der Verfahrensprodukte gestattet damit keine eindeutige formelmäßige Beschreibung.
Die verschiedenen Monomereinheiten sowohl der Fragmente mit den Indexzahlen d bis j als auch der eventuell vorhandenen Polyoxyalkylenkette des Substituenten R1 können untereinander blockweise aufgebaut sein oder aber auch einer statistischen Verteilung unterliegen. Die in den hier angeführten Formeln wiedergegebenen Indexzahlen und die Wertbereiche der angegebenen Indizes verstehen sich daher als die Mittelwerte der möglichen statistischen
Verteilung der tatsächlichen vorhandenen Strukturen und/oder deren Mischungen. Dies gilt auch für als solche an sich exakt wiedergegebene Strukturformeln, wie beispielsweise für Formel (1).
Ganz besonders bevorzugt werden 3-Glycidyloxyalkyltri- alkoxysilane oder 3-Glycidyloxyalkyldialkooxyalkylsilane als Monomere eingesetzt.
Je nach verwendetem epoxidfunktionellem Alkoxysilan und evtl. eingesetzten weiteren Monomeren, sowie evtl. auch Kohlendioxid können Al koxys i 1 ylgruppen-modifizierte Polyetheralkohole (1) hergestellt werden, sowie deren beliebig aufgebaute Gemische.
Wird als R1 damit ein (PoIy-) Siloxanrest in das Molekül eingeführt, so werden alkoxysilylfunktionelle Polyethersiloxane erfindungsgemäß verwendet.
Diese alkoxysilylfunkt ioneilen Polyethersiloxane und deren Mischungen lassen sich nach zwei verschiedenen Verfahren herstellen, wie in DE 2008 0044373.5 dargestellt :
1) Alkoxylierung von Siliconpolyethercopolymeren bzw.
Polysiloxanen mit epoxyfunktionellen Alkoxysilanen an
Doppelmetallcyanid-Katalysatoren und/oder
2) Hydros ilyl ierende Verknüpfung von ungesättigten Alkoxysilylgruppen tragenden Polyethern, die zuvor durch eine Alkoxylierung der entsprechenden ungesättigten Startverbin düngen mit epoxyfunktionellen Alkoxysilanen an DMC-Katalysatoren gewonnen wurden.
Die silylfunktionalisierten Polyethersiloxane, wie in der Schrift DE 10 2008 044373.5 beschrieben, sind Verbindungen gemäß Formel (3) und deren Mischungen,
:3) wobei X ein linearer, cyclischer oder verzweigter, aliphatischer oder aromatischer, gesättigter oder ungesättigter Kohlenwasserstof f rest mit 1 bis 20 C- Atomen ist, der ggfs. Heteroatome wie Sauerstoff, Stickstoff, Phosphor oder Schwefel enthalten kann, der jedoch vorzugsweise eine Methylgruppe ist,
X1 wahlweise X, X2 oder X3 ist,
X2 ein Alkoxysilylgruppen tragender OH-funktioneller, ggf s . Es ter- oder Carbonat-modif izierter
Polyoxyalkylenrest der Formel (3a) ist,
- I i
(3a) - siehe auch Figur 2
X3 ein endständig veretherter Polyoxyalkylenres t der Formel (3b) ist,
:3b)
wobei
R13 wahlweise eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 C-Atomen, vorzugsweise Methyl ist, oder ein mit einer monofunktionellen Carbonsäure endständig veresterter Polyoxyalkylenrest der Formel (3c) ist,
(3c:
wobei
R 14 ein gesättigter oder ein ein- oder mehrfach ungesättigter, entweder linearer oder verzweigter, aliphatischer oder aromatischer Kohlenwasserstof f rest mit 1-30 Kohlenstoff atomen ist, der seinerseits OH- Gruppen tragen kann, vorzugsweise ein Methylrest ist,
X4 entweder X1 oder dem Fragment der Formel (3d) entspricht
(3d) wobei k, k1 und k2 unabhängig voneinander ganze Zahlen von 0 bis 500, vorzugsweise von 10 bis 200, insbesondere 15 bis 100 sind, I3, I4, I5, I6, I7 und I8 unabhängig voneinander ganze
Zahlen von 0 bis 60, vorzugsweise von 0 bis 30, insbesondere von 0 bis 25 sind, o eine ganze Zahl von 0 bis 10, vorzugsweise von 0 bis
3 ist,
mit der Maßgabe, dass X1 mindestens einmal gleich X2 ist, falls die Summe aus
I3, I5 und I7 Null ist, und dass die Summe aus I3, I5 und I7 mindestens 1 ist, wenn X1 ungleich X2 ist, wobei a eine ganze Zahl von 1 bis 3, vorzugsweise 3 ist, b eine ganze Zahl von 0 bis 2, vorzugsweise 0 bis 1, besonders bevorzugt 0 ist, die Summe von a und b gleich 3 ist, c eine ganze Zahl von 0 bis 22, bevorzugt von 0 bis 6, besonders bevorzugt gleich 1 oder 3 ist, c1 eine ganze Zahl von 0 bis 24, vorzugsweise von 0 bis
12, besonders bevorzugt von 0 bis 8, ganz besonders bevorzugt von 0 bis 4 ist, d eine ganze Zahl von größer 1 bis 1.000, bevorzugt größer 1 bis 100, besonders bevorzugt größer 1 bis 20 und insbesondere größer 1 bis 10 ist, oder größer 10 bis 100 ist, e eine ganze Zahl von 0 bis 10.000, bevorzugt 0 bis
1000, besonders bevorzugt 0 bis 300 und insbesondere
0 bis 100 ist, n eine ganze Zahl von 2 bis 8 ist und f, g, h, i und j jeweils ganze Zahlen von 0 bis 500, bevorzugt 0 bis 300, besonders bevorzugt 0 bis 200, insbesondere 0 bis 100 sind, mit der Maßgabe, dass die Fragmente mit den Indices d bis j untereinander frei permutierbar , d.h. in der Sequenz innerhalb der Polyetherkette gegeneinander austauschbar sind und wobei die verschiedenen Monomereinheiten der Fragmente mit den Indexzahlen d bis j untereinander blockweise aufgebaut sein oder aber auch einer statistischen Verteilung unterliegen können und mit der Maßgabe, dass die Fragmente mit den Indices k, k1, k2, I3, I4, I5, I6, I7, I8 und o untereinander frei permutierbar, d.h. innerhalb der Siloxankette gegeneinander
austauschbar sind und wahlweise statistisch verteilt oder blockartig aneinandergereiht vorliegen können.
R stellt einen oder mehrere gleiche oder verschiedene Reste, ausgewählt aus linearen oder verzweigten, gesättigten, einfach oder mehrfach ungesättigten Alkylresten mit 1 bis 20, insbesondere 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder Halogenalkylgruppen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen dar, bevorzugt eine Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, n-Butyl- oder sek. -Butylgruppe .
R2 oder R3, sowie R5 oder R6 sind gleich oder unabhängig voneinander H oder ein gesättigter oder gegebenenfalls einfach oder mehrfach ungesättigter, auch weiter substituierter, gegebenenfalls ein- oder mehrwertiger Kohlenwasserstoffrest, wobei für die Reste R5 oder R6 gilt, dass sie gleich einem einwertigen Kohlenwasserstoffrest sind. Der Kohlenwassers toffrest kann cycloaliphatisch über das Fragment Y verbrückt sein; Y kann nicht vorhanden sein, oder aber eine Methylenbrücke mit 1 oder 2 Methyleneinheiten sein; ist Y gleich 0, so sind R2 oder R3 unabhängig voneinander gleich ein linearer oder verzweigter Rest mit 1 bis 20, bevorzugt 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt ein Methyl-, Ethyl-, Propyl- oder Butyl-, Vinyl-, Allylrest oder Phenylrest. Vorzugsweise ist zumindest einer der beiden Reste in R2 oder R3 Wasserstoff. Die Kohlenwasserstoffreste R2 und R3 können ihrerseits weiter substituiert sein und funktionelle Gruppen wie Halogene, Hydroxylgruppen oder Glycidyloxypropylgruppen tragen.
R4 ist ein linearer oder verzweigter Alkylrest von 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, der an einen aromatischen oder cycloaliphatischen Rest gebunden sein kann. R7 und R8 sind unabhängig voneinander entweder Wasserstoff, Alkyl-, Alkoxy-, Aryl- oder Aralkylgruppen .
R9, R10, R11 und R12 sind unabhängig voneinander entweder Wasserstoff, Alkyl-, Alkenyl-, Alkoxy-, Aryl- oder Aralkylgruppen, wobei der Kohlenwasserstoffrest cycloaliphat isch oder aromatisch über das Fragment Z verbrückt sein, wobei Z sowohl einen divalenten Alkylen- als auch Alkenylenrest darstellen kann.
Die durch Formel (3) beschriebenen Polyethersiloxane schließen die gegebenenfalls prozessbedingt enthaltenen Nebenprodukte wie freie Über s chu s spo 1 ye the r oder Umlagerungsprodukte mit ein.
Die verschiedenen Monomereinheiten innerhalb der Siloxankette bzw. innerhalb der damit verknüpften
Polyetherkette können untereinander wahlweise blockweise oder statistisch aufgebaut sein. Die in den hier angeführten Formeln wiedergegebenen Indexzahlen und die
Wertebereiche der angegebenen Indizes verstehen sich als die Mittelwerte der möglichen statistischen Verteilung der tatsächlichen isolierten Strukturen und/oder deren
Mischungen. Dies gilt auch für als solche an sich exakt wiedergegebenen Strukturformeln. Die Polyethersiloxane mit Alkoxysilylfunktionalisierung der Formel (3) stellen zumeist kammartig verzweigte Copolymere dar, in denen die
Polyetherketten jeweils über SiC-Bindungen an das
Polysiloxangrundgerüst gebunden sind.
Ebenfalls erfindungsgemäß verwendbar sind lineare Polyether-Siloxan-Polyether-Triblockcopolymere der Formel
(5) , bei denen die mit Alkoxysilylgruppen ausgestatteten
Polyetherketten über eine Si-O-C-Verknüpfung an den
Siloxankörper gebunden sind,
:5) wobei
R' einem oder mehreren gleichen oder verschiedenen linearen oder verzweigten, gesättigten, einfach oder mehrfach ungesättigten Alkylresten mit 1 bis 20, insbesondere 1 bis 10 Kohlenstoffatomen entspricht, und m eine ganze Zahl von 0 bis 5000, bevorzugt 2 bis 5000, besonders bevorzugt von 5 bis 4000 ist und insbesondere 9 bis 3000 ist, und
X7 dem Polyetherfragment der Formel (5a) entspricht.
[5a) - siehe auch Figur 3
Die Substituenten R, R2-R12, die Reste Y und Z sowie die Indizes a, b, c, d, e, f, g, h, i, j und n entsprechen den zuvor für die Verbindungen der Formel (3a) genannten Definitionen .
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Emulsionen in denen die Verbindungen der Formeln (1), (3) und/oder (5) jeweils alleine oder in beliebigen Mischungen miteinander eingesetzt werden.
Die in den Formeln (3) bis (3d) und (5) sowie (5a) wiedergegebenen Indexzahlen und die Wertbereiche der angegebenen Indizes verstehen sich als die Mittelwerte der möglichen statistischen Verteilung der tatsächlichen vorhandenen Strukturen und/oder deren Mischungen.
Als konventionelle Emulgatoren für die erfindungsgemäßen Präpolymer-Emulsionen kommen prinzipiell sämtliche anionische, nicht-ionische, kationische und amphotere Emulgatoren sowie Emulgatormischungen in Betracht.
Der oder die Mischung der anionische (n) Emulgator (en) kann/können ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend Alkylsulfate, Arylsulfonate, Fettalkoholsulfate, Alkylsulfonate, Paraffinsulfonate, Alkylethersulfate, Alkylpolyglykolethersulfate, Fettalkolholethersulfate, Alkylbenzolsulfonate, Alkylnaphthylsulfonaten,
Alkylphenolethersulfate, Alkylphosphate, Phosphorsäure- mono-, di-, tri-Ester, Alkyletherphosphate, ethoxylierte Fettalkoholphosphorsäureester, Alkylphenoletherphosphate, Phosphonsäureester, Sulfobernsteinsäurediester,
Sulfobernsteinsäuremonoester, ethoxylierte
Sulfobernsteinsäuremonoester, Sulfosuccinamide, α-0 le finsul fonate , Al kylcarboxylate , Alkylethercarboxylate, Alkylpolyglykolcarboxylate, Fettsäureisethionat, Fettsäuremethyltaurid, Fettsäuresarkosid, Arylsulfonate, Naphthalinsulfonate, Alkylglycerylethersulfonate, sulfatierte Öle, Polyacrylate und/oder α-Sulfofettsäureester . Der anionische Emulgator kann zum Beispiel Natrium, Kalium, Ammonium, Monoethanolammonium, Triethanolammonium oder sonstige organisch substituierte Ammoniumkationen als Gegenion enthalten.
Bevorzugte, anionische Emulgatoren sind Natriumdodecylbenzolsulfonat, Natriumlaurylsulfat und Natriumlaurylethersulfat .
Der oder die kationische (n) Emulgator (en) kann/können ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend sowohl primäre, sekundäre als auch tertiäre Amine und deren Salze, Alkyltrimethylammoniumsalze, Dialkyldimethylammoniumsalze, Trialkylmethylammoniumsalze, Tetraalkylammonium- salze, alkoxylierte Alkylammoniumsalze, Esterquats, Diamidoaminquats, Alkyloxyalkylquats, quarternäre Alkylphosphoniumsalze, ternäre Al kyl sul foniumsal ze, Alkylimidazoliumsalze, Alkyloxazoliniumsalze,
Alkylpyridiumsalze oder N, N-Dialkylmorpholiniumsalze . Der kationische Emulgator kann zum Beispiel Chlorid, Bromid, Me thyl sul f at , Sulfat oder dergleichen als Gegenion enthalten .
Der oder die nichtionische (n) Emulgator (en) kann/können ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend Alkohole, Fettsäuren, Alkoholethoxylate, Polyoxyethylen- Polyoxypropylenalkylether, Aminalkoxylate,
Fettalkoholpolyglykolether, Fettaminpolyglykolether, Fettsäureethoxylate, Fe ttsäurepolyglykolester, Glyceridmonoalkoxylate, Alkanolamide, Fettsäurealkylolamide, ethoxylierte Alkanolamide, ethoxylierte Ester, beispielsweise Rizinusölethoxylate, Fettsäurealkylolamido-ethoxylate, Ethylenoxid-
Propylenoxid-Blockcopolymere, Alkylphenolethoxylate, Alkylglucoside, partielle Ester aliphatischer Carbonsäuren mit p o 1 y f un k t i o n e 1 len Alkoholen, beispielsweise Sorbitanester, Glycerinester oder Po 1 ygl yce r i ne s t e r , ethoxylierte partielle Ester aliphatischer Carbonsäuren mit po 1 y fun k t i one 1 len Alkoholen, beispielsweise ethoxylierte Sorbitanester, ethoxylierte Glycerinester oder ethoxylierte Polyglycerinester, polyethoxylierte Polystyrolphenyl-
ethern, Amide aliphatischer Carbonsäuren mit Al kano 1 ami nen , ethoxylierte Amide aliphatischer Carbonsäuren mit Alkanolaminen und/oder polyalkoxylierten Organopolysiloxanen . Bevorzugte nichtionische Emulgatoren sind Rizinusölethoxylate, Isotridecylalkoholpolyglykolether, Sorbitanester, Ethylenoxid-Propylenoxid-Blockcopolymere, Stearylalkoholethoxylate und Stearinsäureethoxylate .
Weitere bevorzugte Emulgatoren sind Alkoxysilylgruppen tragende Ethylenoxid-Propylenoxid-Blockcopolymere welche nach der Lehre der nicht vorveröffentlichten Schrift DE 10 2008 000360.3 hergestellt werden können.
Der/die amphotere (n) Emulgator (en) kann/können ausgewählt sein aus der Gruppe umf assend Amphoacetate, Amphodiacetate, Glycinate, Amphopropionate, Amphodipropionate, Hydroxysultaine, Aminoxide, Sulfobetaine und/oder Betaine.
Bevorzugte amphotere Emulgatoren sind Betaine und Aminoxide .
Die wässrige Phase der erfindungsgemäßen Emulsionen kann hydrophile Fül l s to f f e zur M odif izierung der
(mechanischen) Eigenschaften von Beschichtungen auf Basis der erfindungsgemäßen Emulsionen enthalten. Vorteilhaft kann es sein, wenn die Oberfläche der eingesetzten
Füllstoffe mindestens eine funktionelle Gruppe aufweist, so dass es nach Eintrocknen beziehungsweise Brechen der
Emulsion zu chemischen Reaktionen zwischen reaktiven funktionellen Gruppen des erfindungsgemäß verwendbaren
Präpolymers mit den funktionellen Gruppen auf der
Partikeloberfläche kommt. Beispiele solcher Füllstoffe sind pyrogene und gefällte Kieselsäure, anorganische
Oxide und Mischoxide wie Aluminiumoxid, Titandioxid und
Zirkondioxid, Glas und Quarz, Hydroxide wie Aluminium- und Magnesiumhydroxid, Silicate wie Wollastonit, Glimmer, Kaolin und Talk, Calciumcarbonat und andere Carbonate, Metalle wie Kupfer, Zink und Nickel und Metalllegierungen, Nitride wie Bornitrid, Carbide wie Siliziumcarbid, Graphit und Ruß. Weitere Beispiele solcher Füllstoffe sind organische Partikel, wie zum Beispiel solche auf Basis von Zellulose, Lignin, oxydiertes Polyethylen oder ausgehärtetes Epoxidharz. Die Füllstoffe können entweder als Pulver oder als wässrige Dispersion während oder nach der Herstellung der Emulsion eingerührt werden. Kommerziell erhältliche Beispiele von solchen Dispersionen sind Aerodisp (Evonik Degussa) , Ludox (W. R. Grace) , Dispercoll (Bayer Materials Science) oder Klebosol (Clariant) .
Des Weiteren kann die wässrige Phase Additive zur Modifizierung der rheologischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Emulsionen enthalten. Bevorzugte Beispiele solcher Additive sind Polyurethanverdicker, Xan t hangummi , Guarkernmehl, Carboxymethylzellulose, Polyacrylate , Polyvinylalkohol , Polyvinylpyrrolidon, Carboxyvi ny lpo 1 yme re , Hydr oxyethylzellulose und Polyethylenimine . Zur Unterstützung und/oder Beschleunigung der Kondensationsreaktion können die erfindungsgemäßen Emulsionen Katalysatoren enthalten. Der Katalysator kann je nach Anwendungsbereich und physikalischen Eigenschaften gelöst beziehungsweise dispergiert entweder in der wässrigen Phase oder in dem Präpolymer eingesetzt werden. Insofern es sich um einen wasserunlöslichen Katalysator oder wasserunlösliche, Katalysator enthaltende Lösung handelt, kann der Katalysator oder die Katalysator enthaltende Lösung als separate Dispersion, Emulsion oder Mikroemulsion sowie als separater Feststoff oder Flüssigkeit zu der erfindungsgemäßen Emulsion gegeben werden. Insofern es sich um einen wasserlöslichen
Katalysator oder wässerige, Katalysator enthaltende Lösung handelt kann der Katalysator oder die Katalysator enthaltende Lösung, gegebenenfalls mit Hilfe von entsprechenden Emulgatoren, in die Präpolymerphase eingearbeitet werden. Als Katalysatoren für die
Aushärtung d e r e r f i n du n g s g e mä ß e n alkoxysilylgruppentragenden Polyether (siloxane) können die bekannten Polyurethanisierungs-, Allophanatisierungs- oder Biuretisierungskatalysatoren verwendet werden, die dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt sind.
Hierzu zählen Verbindungen wie beispielsweise die Zinksalze Zinkoctoat, Zinkacetylacetonat und Zink-2- ethylcaproat , oder Tetraalkylammoniumverbindungen, wie N, N, N-Trimethyl-N-2-hydroxypropylammoniumhydroxid, N, N, N- Trimethyl-N-2-hydroxypropylammonium-2-ethylhexanoat oder
Cholin-2-ethylhexanoat verwendet werden. Bevorzugt ist die Verwendung von Zinkoctoat (Zink-2-ethylhexanoat) und der Tetraalkylammoniumverbindungen, besonders bevorzugt diejenige von Zinkoctoat . Weiterhin können als Katalysatoren die üblicherweise verwendeten organischen
Z i nn ve rb i ndunge n , wie z .B. Dibu t y 1 z i nndi 1 aur a t , Dioctyl z inndi laurat, Dibutylzinndiacetylacetonat,
Dibutylz i nn di a c e t a t oder D ibutylzinndioctoat etc., verwendet werden . Des Weiteren können auch Bis mu t k a t a 1 y s a t o r e n , z .B . der B o rchi-Katalysator,
Titanate, z.B. Titan (IV) isopropylat, Eisen(III)-
Verbindungen, z.B. Eisen (III) acetylacetonat, Aluminiumverbindungen, z.B. Aluminiumacetylacetonat, Calcium- verbindungen , z.B. Calciume thylendiaminte traacet at , Magnesiumverbindungen, z.B. Magnes iume thylendiamin- tetraacetat oder auch Amine, z.B. Triethylamin, Tributylamin, 1, 4-Diazabicyclo [2, 2, 2 ] octan, 1,8-
Diazabicyclo[5.4.0] undec-7-en, 1, 5-Diazabicyclo-
[4.3.0]non-5-e n , N , N-Bis- (N, N-dimethyl-2-aminoethyl) - methyl amin , N , N-Dimethylcyclohexylamin, N, N-
Dimethylphenylamin, N-Ethylmorpholin etc., eingesetzt
werden. Auch organische oder anorganische Brönstedsäuren wie M e t h a n s u 1 f o n s ä u r e , p-Toluolsulfonsäure,
Dodecylbenzolsulfonsäure, 1-Naphthalinsulfonsäure,
Camphersulfonsäure, Essigsäure, Trifluoressigsäure oder Benzoylchlorid, Salzsäure, Phoshorsäure, deren Mono- und/oder Diester, wie z.B. Butylphosphat,
(Iso-) Propylphosphat , Dibutylphosphat etc., sind als
Katalysatoren geeignet. Auch anorganische und organische
B r ö n s t e d b a s e n w i e z . B . Natriumhydroxid, Tetramethylammoniumhydroxid, Ka 1 i umh ydr o x i d , oder Tetrabutylammoniumhydroxid sind als Katalysatoren geeignet. Selbstverständlich können auch Kombinationen mehrerer Katalysatoren eingesetzt werden. Die erfindungsgemäßen härtbaren Modifizierungsmittel können auch sogenannte photolatente Basen als Katalysatoren enthalten, wie sie in der WO 2005/100482 beschrieben sind. Unter pho t o 1 a t en t en Basen sind vorzugsweise organische Basen mit einem oder mehreren basischen Stickstoffatomen zu verstehen, die zunächst in einer blockierten Form vorliegen und erst nach Bestrahlung mit UV-Licht, sichtbarem Licht oder IR-Strahlung durch Spaltung des Moleküls die basische Form freisetzen. Der Katalysator bzw. die photolatente Base wird in Mengen von 0,001 bis 5,0 Gew.-%, bevorzugt 0,01 bis 1,0 Gew.-% und besonders bevorzugt 0,05 bis 0,5 Gew.-% bezogen auf die alkoxysilylfunktionellen Präpolymere eingesetzt. Der Katalysator bzw. die photolatente Base kann in einer Portion oder aber auch portionsweise oder auch kontinuierlich zugegeben werden. Bevorzugt ist die Zugabe der gesamten Menge in einer Portion.
Des Weiteren kann die Präpolymerphase organofunktionelle und (teilweise) wasserunlösliche Silane zur weiteren Erhöhung der Vernetzungdichte enthalten. Die Silane können gegebenenfalls die Rolle eines Reaktivverdünners übernehmen. Solche organofunktionellen Silane sind zum Beispiel Tetraethoxysilan, Methyltriethoxysilan,
N-Cyclohexylaminomethyltrime thoxys i 1 an , N-Cyclohexyl-3- aminopropyltriethoxysilan, 3-Aminopropyltrimethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, Vinyltriethoxysilan, Vinyldi- methoxymethylsilan, 3-Isocyanatopropyltrimethoxysilan, 3- Glycidyloxypropyltrimethoxysilan, 3-Glycidyloxypropyl- triethoxysilan, 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, Methyltrimethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Dimethyldi- methoxysilan, Phenyltriethoxysilan, Octyltrimethoxysilan, Octyltriethoxysilan, und Hexadecyltrimethoxysilan .
Des Weiteren kann die Präpolymerphase organofunktionelle und (teilweise) wasserunlösliche Siloxane enthalten. Solche organofunktionellen Siloxane sind zum Beispiel α, ω-Dihydroxypolydimethylsiloxane, α,ω-Bis- (Trimethoxy- silyl) polydimethylsiloxane und α, ω-Bis- (Triethoxysilyl) - polydimethylsiloxane .
Des Weiteren können die Emulsionen auch aus der Literatur und dem Stand der Technik bekannte Hilfsstoffe zugesetzt werden. Dazu zählen beispielsweise filmbildende PoIy (meth-) acrylate, Silikon/ (Meth-) Acrylat-Copolymere, Poly-N-Acylalkylenimine, Poly-N-Methylpyrrolidone und Silikonharze mit fluorierten organischen Gruppen, Amino- oder S i 1 a n o 1 g r uppe n . Weitere Beispiele sind antimikrobiell e und konservierende Stoffe (z.B. Triclosan, Triclocarban, Hexachlorophen) , Antioxidantien
(z.B. BHA, BHT, Ascorbinsäure und γ-Orizanol) , Dispergiermittel, Entschäumer und Entlüfter, Farbstoffe, Färbemittel und Pigmente, Frostschutzmittel (z.B. Ethanol, Ethylenglykol, 1, 3-Butylenglykol, Propylenglykol, Glycerin oder Isopropanol) , Fungizide, Haftvermittler und/oder Reaktivverdünner sowie Weichmacher (z.B. Phthalate, Benzoate, Phosphatweichmacher) und Komplexbildner (z.B EDTA, Zitronensäure und Etidronsäure sowie deren Salze). Auch Sprühhilfsmittel, Netzmittel,
Vitamine, Wuchsstoffe, Hormone sowie Duftstoffe, Lichtschutzmittel, Radikalfänger, UV-Absorber (z.B. Benzophenonderivate, Benzotriazolderivate, Zimtsäureester oder partikuläre UV-Absorber wie beispielsweise ZnO oder TiO2, sowie weitere Stabilisatoren können den Mischungen zugesetzt werden.
Die erfindungsgemäßen Präpolymeremulsionen können als Rohstoff für Lacke, Tinten, Trennmittel, Klebstoffe, kosmetische Produkte, kratzfeste Beschichtungen, Bautenschutzmittel, Korrosionsschutzmittel und/oder Dichtungsmassen eingesetzt werden, zur Beschichtung von Papier, Partikeln, Textil- und Glasfasern, zur Beschichtung von Füllstoffen für Papier, zur Erzeugung von Antistatikoberflächen und/oder als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Gummiteilen z.B. auf der Basis von Polypropylenoxid-Kautschuk.
Die erfindungsgemäßen Emulsionen werden nachfolgend beispielhaft beschrieben, ohne dass die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen beschränkt sein soll. Sind nachfolgend Bereiche, allgemeine Formeln oder Verbindungsklassen angegeben, so sollen diese nicht nur die entsprechenden Bereiche oder Gruppen von Verbindungen umfassen, die explizit erwähnt sind, sondern auch alle Teilbereiche und Teilgruppen von Verbindungen, die durch Herausnahmen von einzelnen Werten (Bereichen) oder Verbindungen erhalten werden können. Werden im Rahmen der vorliegenden Beschreibung Dokumente zitiert, so soll deren Inhalt vollständig zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Erfindung gehören. Beispiele :
In den nachfolgenden Beispielen wird die Herstellung von
Emulsionen auf Basis von silylfunktionalisierten Polyether (siloxane) n be s chr i eben . Diese silylfunktionalisierten Polyether (siloxane) sind gemäß
dem in den noch nicht offengelegten Schriften DE 10 2008 000360.3 und DE 10 2008 044373.5 nach dem Verfahrensprinzip der DMC-katalysierten Alkoxylierung mit Propylenoxid (PO) und 3-Glycidyloxypropyltriethoxysilan (GIyEO) hergestellt worden. Die Viskosität der Präpolymeren bei 25,0 0C wurde gemessen bei 100 s'1 mit einem Rotationsviskosimeter (Physica MCR301) und Kegel- Platte Geometrie. Die Stabilität der Emulsionen wurde wie folgt beurteilt. Die Emulsion wurde bei Raumtemperatur gelagert und gilt als stabil gegen Aufrahmung und/oder Koaleszenz wenn innerhalb von einer Woche keine deutlichen Anzeichen von Instabilität vorhanden sind. Solche Anzeichen sind zum Beispiel die Bildung von mehreren Schichten oder deutlich sichtbare Fettaugen. Die Stabilität gegen Hydrolyse wurde beurteilt in dem der Alkanolgehalt der Emulsion sowohl direkt nach der Herstellung als auch nach einer Woche Lagerung mittels Gaschromatografie bestimmt wurde. Die Emulsion gilt als hydrolysestabil wenn der Alkanolgehalt unter 0,1% liegt, was gleichzeitig der Detektionsgrenze für den verwendeten Gaschromatograf (Model 6890, Firma Agilent) entspricht.
Triethoxysilylpolyether I : Polyρropylenglykol-ge s t a r t e t e r und fast farbloser, weitgehend statistisch aufgebauter Polyether der mittleren Molmasse von ca. 9000 g/mol und vierfacher Trialkoxysilanfunktionalität .
Chemischer Aufbau gemäß Monomerendosage : PPG500 + 128,5 mol PO + 4 mol GLYEO
Triethoxysilylpolyether II:
Polypropylenglykol-gestarteter und fast farbloser, weitgehend statistisch aufgebauter Polyether der
mittleren Molmasse von ca. 16,000 g/mol und vierfacher Trialkoxysilanfunktionalität .
Chemischer Aufbau gemäß Monomerendosage : PPG700 + 123 mol PO + 2 mol GLYEO + 123 mol PO + 2 mol GLYEO
Triethoxysilylpolyethersiloxan III :
Polyethersiloxan-gestarteter und fast farbloser, weitgehend statistisch aufgebauter Polyether der mittleren Molmasse von ca. 9000 g/mol und vierfacher Trialkoxysilanfunktionalität. Das Polyethersiloxan wurde durch Hydrosilylierung von Heptamethyltrisiloxan (HMTS) an einem PoIy (Ethylenoxid-stat-Propylenoxid) -Allylether mit einem Verhältnis Ethylenoxid zu Propylenoxid von 20 zu 80 hergestellt. Das Molekulargewicht des Polyethers betrug 880 Gramm pro Mol.
Chemischer Aufbau gemäß Monomerendosage: Polyethersiloxan + 1,5 mol PO + 2 mol GLYEO + 1,5 mol PO
Triethoxysilylpolyether IV:
Polypropylenglykol-gestarteter und fast farbloser, weitgehend statistisch aufgebauter Polyether der mittleren Molmasse von ca. 20000 g/mol und vierfacher Trialkoxysilanfunktionalität .
Chemischer Aufbau gemäß Monomerendosage: PPG700 + 212 mol PO + 4 mol GLYEO und 101,5 mol PO.
Bei spiel 1 :
12,0 Gramm TEGO® Alkanol SlOOP (Stearylalkohol,
Polyoxyethylen (100) Ether, Evonik Goldschmidt GmbH), 3,0 Gramm TEGO® Alkanol TD6 ( Isotridecanol , Polyoxyethylen
(6) Ether, Evonik Goldschmidt GmbH) und 15,0 Gramm Wasser wurden in einem Glasdoppelwandgefäß auf 60 0C aufgeheizt und mit einer Mizerscheibe bei 1000 U/Min gerührt, bis eine homogene, viskose Paste entstand. Unter Zuhilfenahme eines Tropftrichters wurde innerhalb von 30 Minuten 100,0 Gramm des Triethoxysilylpolyether IV tropfenweise in die Paste unter Rühren eingearbeitet. Die fertige Paste wurde 10 Minuten bei 1000 U/Min gerührt. Danach wurde die Paste mit den restlichen 200,0 Gramm Wasser verdünnt. Es entstand die Emulsion.
Die Tropfengrössenverteilung wurde mittels dynamischer Li cht s t reuung (Malvern HPPS mit 633 nm HeNe-Laser) gemessen. Die Auswertung der Korrelationsfunktion mit dem CONTIN-A lgorithmus ergab eine monomodale Tropfengrößenverteilung mit einem durchschnittlichen Radius von 154 nm.
Der E thano lgehal t wurde mittels Gas ehr oma t ogr af ie bestimmt. Sowohl direkt nach der Herstellung als nach 7 Tagen Lagerung bei Raumtemperatur lag der Gehalt unterhalb der Detektionsgrenze (0,1%). Die Emulsion zeigt nach einer Woche Lagerung bei Raumtemperatur keinerlei visuellen Anzeichen der Instabilität.
Beispiel 2:
9,0 Gramm TEGO® Alkanol TD12 (Isotridecylalkohol, Polyoxyethylen (12) Ether), 6,0 Gramm Rewopal® LA3 (Laurylalkohol, Polyoxyethylen (3) Ether) und 20,0 Gramm Wasser wurden in einem Glasdoppelwandgefäß auf 60 0C
aufgeheizt und mit einer Mizerscheibe bei 1000 U/Min gerührt, bis eine homogene, viskose Paste entstand. Unter Zuhilfenahme eines Tropftrichters wurde innerhalb von 30 Minuten eine homogene Lösung aus 20, 0 Gramm Octyltriethoxysilan in 80 , 0 Gramm des Triethoxysilylpolyether I tropfenweise in die Paste unter Rühren eingearbeitet. Die fertige Paste wurde 10 Minuten bei 1000 U/Min gerührt. Danach wurde die Paste mit den restlichen 80,0 Gramm Wasser unter Rühren verdünnt. Es entstand die Emulsion. Die Tropfengrössenverteilung wurde gemessen mit dynamischer Lichtstreuung (Malvern HPPS) . Der durchschnittliche Tropfenradius lag bei 116 nm.
Mit einem Ro t a t i ons vi s ko s ime t er (Physica MCR301) , ausgestattet mit Kegel-Platte Geometrie, wurde die Fließkurve der Emulsion gemessen. Die Fließkurve der Emulsion aus Beispiel 2 ist in Figur 4 dargestellt. Die Emulsion ist scherverdünnend. Die Viskosität bei 100 s-1 liegt bei 0,18 Pa-s, d.h. deutlich unterhalb der Viskosität des verwendeten Präpolymers.
Beispiel 3 :
12,0 Gramm TEGO® Alkanol SlOOP (Stearylalkohol, Polyoxyethylen (100) Ether, Evonik Goldschmidt GmbH), 3,0
Gramm TEGO® Alkanol TD6 (Isotridecanol, Polyoxyethylen
(6) Ether, Evonik Goldschmidt GmbH) und 15,0 Gramm Wasser wurden in einem Glasdoppelwandgefäß auf 60 0C aufgeheizt und mit einer Mizerscheibe bei 1000 U/Min gerührt, bis eine homogene, viskose Paste entstand. Unter Zuhilfenahme eines Tropftrichters wurde innerhalb von 30 Minuten 100,0
Gramm des Triethoxysilylpolyether III tropfenweise in die
Paste unter Rühren eingearbeitet. Die fertige Paste wurde
10 Minuten bei 1000 U/Min gerührt. Danach wurde die Paste mit den restlichen 85 , 0 Gramm Wa s s e r un t e r Rühre n
verdünnt. Es entstand die Emulsion. Die Tropfengrössenverteilung wurde gemessen mit dynamischer Licht st reuung (Malvern HPPS) . Der durchschnittliche Tropfenradius lag bei 122 nm. Anschließend wurde 10,0 Gramm Aerosil A200 zu der fertigen Emulsion gegeben und eindispergiert durch Rühren bei 2000 U/Min während 10 Minuten .
Beispiel 4:
10,0 Gramm Marion® A315 (Dodecylbenzolsulfonat, Na-SaIz, Sasol Germany GmbH), 15,0 Gr TEGO® Betain F50 (Cocamidopropylbetain, Evonik Goldschmidt GmbH), 7,5 Gramm TEGO® Alkanol TD6 ( Isotridecanol , Polyoxyethylen (6) Ether, Evonik Goldschmidt GmbH) wurden bei Raumtemperatur in einem Kunststoffbecher mit einer Mizerscheibe bei 1000 U/Min gerührt, bis eine homogene, viskose Paste entstand. Unter Zuhilfenahme eines Tropftrichters wurde innerhalb von 30 Minuten 100,0 Gramm des Triethoxysilylpolyether III tropfenweise in die Paste unter Rühren eingearbeitet. Die fertige Paste wurde 10 Minuten bei 1000 U/Min gerührt. Danach wurde die Paste mit 100,0 Gramm Wasser unter Rühren verdünnt. Es entstand die Emulsion. Die Tropfengrössenverteilung wurde gemessen mit dynamischer Li cht s t reuung (Malvern HPPS) . Der durchschnittliche Tropfenradius lag bei 144 nm.
Beispiel 5:
30,0 Gramm Synperonic® PE/F108 (25%ige wässrige Lösung eines EO-PO-EO Triblockcopolymers, Croda) und 7,5 Gramm Pluronic® PE10300 (EO-PO-EO Triblockcopolymer , BASF) wurden bei Raumtemperatur in einem Kunststoffbecher mit einer Mizerscheibe bei 1000 U/Min gerührt, bis eine homogene, viskose Paste entstand. Unter Zuhilfenahme
eines Tropftrichters wurde innerhalb von 30 Minuten 100,0 Gramm des Triethoxysilylpolyether IV tropfenweise in die Paste unter Rühren eingearbeitet. Die fertige Paste wurde 10 Minuten bei 1000 U/Min gerührt. Danach wurde die Paste mit 162,5 Gramm Wasser unter Rühren verdünnt. Es entstand die Emulsion. Die Tropfengrössenverteilung wurde gemessen mit dynamischer Li cht s t reuung (Malvern HPPS) . Der durchschnittliche Tropfenradius lag bei 251 nm, wobei ein gewisser Grobanteil (Tropfenradius > 1 Mikrometer) erkennbar war.
Der Ethanolgehalt wurde mittels Gaschromatografie bestimmt. Sowohl direkt nach der Herstellung als nach 7 Tagen Lagerung bei Raumtemperatur lag der Gehalt unterhalb der Detektionsgrenze (0,1%). Die Emulsion zeigt nach einer Woche Lagerung bei Raumtemperatur trotz Grobanteil keine visuellen Anzeichen der Instabilität.